哈工程船舶輔機(jī)--04-離心泵

1、11.1.液體在葉輪中的運動情況及速度三角形液體在葉輪中的運動情況及速度三角形 為簡化液體在葉輪內(nèi)的復(fù)雜運動，作兩點假為簡化液體在葉輪內(nèi)的復(fù)雜運動，作兩點假設(shè)：設(shè)：葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目為無窮多，即葉片的厚度葉輪內(nèi)葉片的數(shù)目為無窮多，即葉片的厚度為無限薄，從而可以認(rèn)為液體質(zhì)點完全沿著葉為無限薄，從而可以認(rèn)為液體質(zhì)點完全沿著葉片的形狀而運動，亦即液體質(zhì)點的運動軌跡與片的形狀而運動，亦即液體質(zhì)點的運動軌跡與葉片的外形相重合。葉片的外形相重合。輸送的是理想液體，由此在葉輪內(nèi)的流動阻輸送的是理想液體，由此在葉輪內(nèi)的流動阻力可忽略力可忽略。 2歐拉方程歐拉方程I I式：式： gccgguuHT22221222

2、2212122HpHp（靜壓頭）（靜壓頭） Hc(Hc(動壓頭動壓頭) ) 離心力的作用下離心力的作用下葉輪旋轉(zhuǎn)所增加葉輪旋轉(zhuǎn)所增加的靜壓頭的靜壓頭 葉片間通道面積逐漸加大葉片間通道面積逐漸加大使液體的相對速度減少所使液體的相對速度減少所增加的靜壓頭增加的靜壓頭 液體流經(jīng)葉輪后所液體流經(jīng)葉輪后所增加的動壓頭（在增加的動壓頭（在蝸殼中其中一部分蝸殼中其中一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能）將轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能）HpHp用于克服裝置中的流用于克服裝置中的流阻、液位差和反壓。要阻、液位差和反壓。要求求HpHp大于這三者之和。大于這三者之和。HcHc表現(xiàn)為液流的絕對速度增表現(xiàn)為液流的絕對速度增加。要求加。要求HcHc不宜

3、過大，因為不宜過大，因為HcHc大流阻大。大流阻大。3222111222222222111212121coscoscos2cos2ccccucucucucuu（4 4）4將（將（4 4）式代歐拉方程）式代歐拉方程I I式后，得：式后，得：歐拉方程歐拉方程IIII式式: :gcucugcucuHuuT1122111222coscosgccgguuHT222212222212122歐拉方程歐拉方程I I式：式： 52 2）對歐拉方程）對歐拉方程IIII式的分析式的分析gcucugcucuHuuT1122111222coscos在離心泵設(shè)計中，為提高理論壓頭，一般使在離心泵設(shè)計中，為提高理論壓頭，一

4、般使1 19090 （液體徑向進(jìn)入葉片間通道），（液體徑向進(jìn)入葉片間通道），coscos1 10 0gcugcuHuT22222cos6 根據(jù)速度三角形根據(jù)速度三角形w w2 22 2c c2 2u u2 2c cr2r2c c2u2u2 2222222cosurccuc ctg7將上兩式代入歐拉方程將上兩式代入歐拉方程IIII式后，得：式后，得：設(shè)葉輪的外徑為設(shè)葉輪的外徑為D D2 2，葉輪出口處的寬度為，葉輪出口處的寬度為b b2 2，理論流量理論流量Q QTOOTOO = =c cr2r2A A ，則：則：2 22 22 2222/rTcQD b2222222TTuuctgQHggD b

5、8離心泵的基本方程式離心泵的基本方程式2 22 2u u2 2c c2 2w w2 22 22222222TTuuctgQHggD b2222223600TTD nn ctgQHggb22/ 60uD n9 揚程與揚程與n n有關(guān)有關(guān)n n 揚程揚程；反之相反；反之相反； 揚程與流量之間的關(guān)系揚程與流量之間的關(guān)系3)3)對離心泵基本方程式的討論對離心泵基本方程式的討論前彎式葉片前彎式葉片后彎式葉片后彎式葉片直葉式葉片直葉式葉片2222223600TTD nn ctgQHggb2222222TTuuctgQHggD b10 揚程和角度有關(guān)揚程和角度有關(guān)2222223600TTD nn ctgQH

6、ggb2222222TTuuctgQHggD b(a)(a)徑向葉片徑向葉片性能介于后彎葉片與前彎葉片之間。性能介于后彎葉片與前彎葉片之間。11(b) (b) 后彎葉片（葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反）后彎葉片（葉片彎曲方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反） 靜壓大、動壓小、噪音小、效率高、工作平穩(wěn)、不會過載。靜壓大、動壓小、噪音小、效率高、工作平穩(wěn)、不會過載。12與輸送的液體性質(zhì)無關(guān)，公式中無液體的性能參數(shù)。與輸送的液體性質(zhì)無關(guān)，公式中無液體的性能參數(shù)。(c)(c)前彎葉片前彎葉片 靜壓小、動壓大、噪音大、效率低、能量轉(zhuǎn)換中損失大、適靜壓小、動壓大、噪音大、效率低、能量轉(zhuǎn)換中損失大、適宜風(fēng)機(jī)工況。宜風(fēng)機(jī)工

7、況。2222222TTuuc tgQHggD b13三、離心泵的定速特性曲線三、離心泵的定速特性曲線離心泵的定速特性曲線離心泵的定速特性曲線 在既定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等在既定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率等參數(shù)與流量的函數(shù)關(guān)系曲線。參數(shù)與流量的函數(shù)關(guān)系曲線。HQ理論理論H-QH-Q實際實際H-QH-Q1 1）揚程流量曲線）揚程流量曲線141 1）揚程流量曲線）揚程流量曲線 葉輪上的葉片數(shù)目是有限葉輪上的葉片數(shù)目是有限的的6 61212片，葉片間的液流并片，葉片間的液流并不是由許多完全相同的單元流不是由許多完全相同的單元流束組成，液體在葉片間流道內(nèi)束組成，液體在葉片間流道內(nèi)流

8、動時存在渦流，其直接影響流動時存在渦流，其直接影響速度，導(dǎo)致泵的壓頭降低。速度，導(dǎo)致泵的壓頭降低。 液體具有粘性，在泵內(nèi)存液體具有粘性，在泵內(nèi)存在磨擦等。在磨擦等。 非設(shè)計工況進(jìn)、出葉輪的非設(shè)計工況進(jìn)、出葉輪的撞擊損失，撞擊損失，( (設(shè)計工況設(shè)計工況 = = 零零) ) 泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實泵內(nèi)有各種泄漏現(xiàn)象，實際的際的Q Q小于理論流量。小于理論流量。 15n陡降形陡降形n葉片出口角較小，葉片出口角較小，H H變化時變化時Q Q變化較變化較小小n用于用于H H變動又不希望變動又不希望Q Q變化的場合變化的場合( (艙底水泵壓載泵等艙底水泵壓載泵等) )n平坦形平坦形n葉片出口角稍大，葉片

9、出口角稍大，H H變化時變化時Q Q變化較變化較大大n用于那些經(jīng)常需要調(diào)節(jié)用于那些經(jīng)常需要調(diào)節(jié)Q Q而又不希而又不希望節(jié)流損失太大的場合望節(jié)流損失太大的場合( (凝水泵、凝水泵、鍋爐給水泵鍋爐給水泵) )n駝峰形駝峰形n葉片出口角較大葉片出口角較大n有駝峰形有駝峰形Q QH H曲線的泵，工作時可曲線的泵，工作時可能發(fā)生喘振能發(fā)生喘振, ,應(yīng)盡量避免使用應(yīng)盡量避免使用n適當(dāng)限制葉片出口角和葉片數(shù)，即適當(dāng)限制葉片出口角和葉片數(shù)，即可避免出現(xiàn)駝峰可避免出現(xiàn)駝峰162 2）功率流量曲線）功率流量曲線三、離心泵的定速特性曲線三、離心泵的定速特性曲線QHN-QN 流量為零時，流量為零時，功率最小，適合采功

10、率最小，適合采用封閉啟動。大功用封閉啟動。大功率離心泵此時電機(jī)率離心泵此時電機(jī)的啟動電流最小，的啟動電流最小，對船舶電站沖擊最對船舶電站沖擊最小。小。353550%50%N N額額17n軸封及軸承的機(jī)械摩擦損失n約占軸功率的15，采用機(jī)械軸封時損失較小；n葉輪的圓盤摩擦損失n約占軸功率的210n它與葉輪D2的五次方和n的平方成正比。n提高n和相應(yīng)減小葉輪外徑(H不變時）可減小圓盤摩擦損失。QHN-QN353550%50%N N額額183 3）效率流量曲線）效率流量曲線HN-Q 當(dāng)泵轉(zhuǎn)速當(dāng)泵轉(zhuǎn)速n n一定時，由實驗可測得一定時，由實驗可測得H HQ Q，N NQ Q，Q Q，這三條曲線稱為性能曲

11、線，由泵制造廠提供，這三條曲線稱為性能曲線，由泵制造廠提供, ,供泵用戶使用。供泵用戶使用。 泵廠以泵廠以2020清水作為工質(zhì)做實驗測定性能曲線。清水作為工質(zhì)做實驗測定性能曲線。 Q Q，QQ先先后后，存在一最高效率點，此點稱存在一最高效率點，此點稱為設(shè)計點。與為設(shè)計點。與maxmax對應(yīng)的對應(yīng)的H H，Q Q，N N值稱為最佳工況參數(shù)，值稱為最佳工況參數(shù)，也是銘牌所標(biāo)值。也是銘牌所標(biāo)值。1920四、管路特性曲線和泵的工況點四、管路特性曲線和泵的工況點1. 1. 管路特性曲線管路特性曲線 液體流過既定的管路時，它所需的壓頭液體流過既定的管路時，它所需的壓頭H H與流與流量之間的函數(shù)關(guān)系。量之間

12、的函數(shù)關(guān)系。2KQgppzhHHsrdru包括兩個部分包括兩個部分: :位置頭，壓力頭，與流量沒有關(guān)系位置頭，壓力頭，與流量沒有關(guān)系消費于克服管道阻力消費于克服管道阻力Z Zp pdrdrp psrsr21H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲線變陡阻力曲線變陡靜壓頭增加靜壓頭增加靜壓線上移靜壓線上移n傾斜程度取決于阻力n縱坐標(biāo)起點位置取決于管路的靜壓頭n當(dāng)管路阻力變化，如K值增加，曲線變陡22n將定速特性曲線和管路的特性曲線畫在一張圖上，QH曲線與管路特性曲線的交點即泵的工況點。n點C工況產(chǎn)生的H正好等于液體以此工況的Q流過該管路時所需的壓頭。n大多數(shù)離心泵的HQ曲線是向下傾斜，其工況點

13、是穩(wěn)定的。H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲線變陡阻力曲線變陡23H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲線變陡阻力曲線變陡n如干擾使泵的Q增加或減少，都能回復(fù)，所以是穩(wěn)定工況點。24n當(dāng)管路特性改變時，泵特性曲線發(fā)生改變，工況點也會改變。n同一泵在管路情況改變時Q將發(fā)生較大變化。n泵在額定工況下效率最高，應(yīng)盡可能使泵在額定工況點附近工作。H HQ Q管路阻力增加管路阻力增加阻力曲線變陡阻力曲線變陡2526見下見下2 2圖圖 27282930 313233343536相似理論的意義：相似理論的意義：離心泵中流體計算復(fù)雜，無法精確計算，縮離心泵中流體計算復(fù)雜，無法精確計算，縮比模型容易

14、實現(xiàn)，需用到相似理論。比模型容易實現(xiàn)，需用到相似理論。用它來推導(dǎo)出離心泵的相似準(zhǔn)則數(shù)用它來推導(dǎo)出離心泵的相似準(zhǔn)則數(shù)比轉(zhuǎn)比轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)，作為對離心泵的分類。，作為對離心泵的分類。37121212121122 DDBDDDBD 常數(shù)， ，一、相似條件一、相似條件兩泵過流部分相應(yīng)的幾何尺寸比值相等，兩泵過流部分相應(yīng)的幾何尺寸比值相等，葉片數(shù)及對應(yīng)的葉片安裝角也相等。葉片數(shù)及對應(yīng)的葉片安裝角也相等。3822221122112211nDnDuuuuwwwwcccc3940二、相似定律二、相似定律 滿足相似條件的離心泵流量、壓頭、功率存在下述關(guān)系滿足相似條件的離心泵流量、壓頭、功率存在下述關(guān)系1 1、流量相似關(guān)

15、系、流量相似關(guān)系2 2、壓頭相似關(guān)系、壓頭相似關(guān)系3 3、功率相似關(guān)系、功率相似關(guān)系322DDnnQQ222222DDnnHH522322DDnnPP離心泵相似三定律離心泵相似三定律41322DDnnQQ222222DDnnHH6226223DDnnHH62222DDnnQQ42令令 : :即假設(shè)一個葉輪與實際泵的葉輪相似，它產(chǎn)生即假設(shè)一個葉輪與實際泵的葉輪相似，它產(chǎn)生的的 時的轉(zhuǎn)速定為時的轉(zhuǎn)速定為實實際泵的比轉(zhuǎn)數(shù)際泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns s。 434324HHQQHHQQnnnsmQmH3075. 01smQmH3075. 014344 (1)(1)分析葉輪、葉片的形狀對泵性能的影響；分析葉輪、葉片的形狀對泵性能的影響；(2)(2)分析、分析、與的關(guān)系及變化趨勢；與的關(guān)系及變化趨勢；(3)(3)作為葉輪式泵的分類標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；作為葉輪式泵的分類標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；(4)(4)了解性能，選型、合理使用。了解性能，選型、合理使用。45464748hahrhc 0.3m hahrhc臨界臨界汽蝕汽蝕余量余量49505152()。53545556HRA。Q性性 能能 不不 同同RH。QRA性性 能能 相相 同同57實際情況多數(shù)屬于單泵工作，只是流量達(dá)不到實際情況多數(shù)屬于單泵工作，只是流量達(dá)不到指定要求，因此，若以增大流量